面向实时视觉芯片的高速CMOS图像传感器

提出了一种面向实时视觉芯片的高速CMOS图像传感器.该高速图像传感器主要包括CMOS像素单元阵列、相关双采样(CDS)阵列、可编程增益放大(PGA)阵列、单次比较模数转换(ADC)阵列和控制模块.该传感器集成了光信号采集和行并行信号处理等功能,以大于1000 frame/s的速度输出数字信号或数字图像,同时实现了行并行...     

高保真图像与视频处理技术

得益于对图像技术多年的深入研究和持续投入,数字图像在空间、频域和时域的保真度一直稳步提升,现在已经可以赶上甚至超过传统胶卷。但是无论传感技术如何发展,总会有一些令人兴奋的新应用要求更高的图像精度。医药、空间、工程和科学领域的研究人员总是渴望得到更小尺度、更精确的图像细节。由于传感器件自身的保真能力受到物理定律的严格限制,所以用户不能指望仅仅靠传感器本身达到这些成像要求。而通过信号处理技术从算法上提高传感器件的成像精度已经并且将会在图像与视频处理以及机器视觉领域扮演重要的角色。介绍了高保真图像与视频处理领域的一些技术难题,并回顾了已经存在的和正在兴起的解决这些难题的科学方法和技术手段。     

夜视战场环境视觉传感信息采集系统设计

夜视战场环境视觉传感信息的实时获取是跟踪夜视战场图像处理分析的前提,针对夜视战场环境的复杂特征,设计了夜视战场环境视觉传感信息采集系统,分析了系统的总体结构,系统硬件主要包括视觉传感器、传感器控制卡和扩展卡、图像采集与存储以及信号调理电路,给出了系统采集节点的程序设计流程以及传感信息采集的具体程序代码实现过程。实验结果说明,所设计系统可有效采集到夜间军事战场中的传感信息,并且具有较高的采集精度。     

光电神经形态器件及其应用

传统冯·诺依曼计算机在并行性计算和自适应学习方面效率较低,无法满足当前飞速发展的信息技术对高效、高速计算的迫切需求.受脑启发的神经形态计算具有高度并行性、超低功耗等优势,被认为是打破传统计算机局限性,实现新一代人工智能的理想途径.神经形态器件是实施神经形态计算的硬件载体,是构建神经形态芯片的关键.与此同时,人类视觉系统与光遗传学的发展为神经形态器件的研究提供了新的思路.新兴的光电神经形态器件结合了光子学与电子学各自的优势,在神经形态计算领域展露出巨大潜力,受到了国内外研究人员广泛关注.本文对光电神经形态器件及其应用的最新研究进行了总结.首先综述了人工光电突触与人工光电神经元,内容包括器件结构、工作机制以及神经形态功能模拟等方面.然后,对光电神经形态器件在人工视觉系统、人工感知系统、神经形态计算等领域中的潜在应用作了阐述.最后,总结了当前光电神经形态器件所面临的挑战,并对其未来的发展方向进行了展望.     

一种新型的视觉系统——原理和概念设计

基于平面视觉和立体视觉的研究成果 ,提出一种新的视觉系统的概念设计方案。这种新型视觉系统比之传统视觉系统有更为强大的功能 ,不仅完全可以满足基于传统视觉系统的可见光波段图像信息获取和立体视觉技术应用 ,而且还可以对视场中的物体温度场进行计算 ,对视场中存在的具有不同辐射份额的多个物体在照明条件下进行有效辨识     

基于混沌序列的频域图像加密技术

数字图像通常以二维序列来表示，它要比文本文件大得多；文本文件是无损加密的，而数字图像由于人类的视觉系统特性允许图像的内容有缺损。使用普通的加密系统直接对图像进行加密（如RAS，DES系统），由于图像非常大，加密和解密效率不高。可利用数字图像自身冗余大、数据高度相关的特点，先对图像进行压缩，再进行加密、传输和解密，这样不仅可以提高加密和解密速度，还可提高传输效率。基于DWT的压缩编码方案JPEG2000已经成为主流。文中将小波变换与现代加密技术相结合，形成一种更加有效的图像加密方法。     

利用环形激光视觉传感的焊缝三维恢复

为了实现复杂条件下的焊缝检测与跟踪,通过激光扫描技术,开发了环形激光视觉传感器,与机器人手爪一起构成焊接机器人"手-眼"系统,从而获得焊缝三维信息。改善了传统的点状或线条状激光视觉传感器信息量少、解释模糊以及跟踪方向单一等问题。研究了用于焊缝定位与跟踪的环形激光视觉传感器系统的内外参量标定,提出了实现焊缝三维计算的模型,最后,以对接接头、搭接接头、角接接头为对象进行了试验验证,并对标定精度进行了分析。结果表明:环形激光在不同的焊缝表现了不同的形态,结合标定试验结果,能够计算被检测焊缝的三维坐标,计算精度能够满足试验要求。     

面向感存算一体化的光电忆阻器件研究进展

脑启发神经形态计算系统有望从根本上突破传统冯·诺依曼计算机系统架构瓶颈,极大程度地提升数据处理速度和能效.新型神经形态器件是构建高能效神经形态计算的重要硬件基础.光电忆阻器作为新兴的纳米智能器件,因具备整合光学感知、信息存储和逻辑计算等功能特性,被认为是发展类脑视觉系统的重要备选.本文将综述面向感存算功能一体化的光电忆阻器研究进展,包括光电忆阻材料与机制、光电忆阻器件与特性、感存算一体化功能及应用等.具体将根据机制分类介绍光子-离子耦合型和光子-电子耦合型光电忆阻材料,根据光电忆阻特性调节方式介绍光电调制型和全光调制型光电忆阻器件,根据感存算一体化功能介绍其在认知功能模拟、光电逻辑运算、神经形态视觉功能、动态探测与识别等方面的应用.最后总结光电忆阻器的主要优势以及所面临的挑战,并展望光电忆阻器的未来发展.     

基于CMOS图像传感器的车载高清全景成像系统设计

为了满足未来车载全景辅助泊车系统对高清视频图像的需求,以美国OmniVision公司的OV10635低功耗、高分辨率、高动态范围CMOS图像传感器为例,提出了应用210°超广角鱼眼镜头的高清720P车载全景成像系统的电路设计方法以及高速图像传输和调试应注意的问题,并通过选取超低EMI信号传输的双向FPD-LinkⅢ串行/解串器实现了传输距离远、信号质量稳定、传输速率1Gbit/s以上高清数字图像数据的高速传输。通过实际测试表明,对CMOS图像传感器电路的设计达到了车载全景成像系统的高清成像稳定性、小型化等要求。     

单摄像机全向立体视觉传感器的结构设计

传统宽视场三维测量常采用多传感器构建的测量系统实现,传感器的同步和多传感器测量坐标系的统一两大难点导致测量精度与测量速度难以兼容。为了实现更宽视场范围内目标物的实时三维测量,设计了1种由单摄像机和2个四棱锥反射镜构成的全向立体视觉传感器。2个四棱锥反射镜对称摆放,顶部相对,下四棱锥顶端安装高分辨率工业摄像机。四棱锥反射镜成像形成4对虚拟摄像机,等效于传统双目视觉传感器的1对摄像机同时采集同名特征点,从而由4对虚拟摄像机实现水平4个方向的同步测量。解决了传统双目视觉传感器体积大、视场狭小、图像采集不同步等问题,且有效保证了图像的透视投影不变性,避免了曲面镜成像产生的图像畸变,减小了后续工作难度。     

一种机器人视觉系统非接触式手眼标定方法

针对传统机器人视觉系统手眼标定方法存在人工定位特征点误差大和标定过程耗时长的问题,提出了一种机器人视觉系统非接触式手眼标定方法。采用圆锥体作为标定块,通过3D视觉传感器采集标定块图像,基于Halcon编写上位机程序对图像进行处理计算,自动获取3D视觉传感器坐标系下标定块特征点坐标,同时导入机器人基坐标系下的坐标,计算手眼关系变换矩阵,完成机器人视觉系统手眼关系标定。实验表明:此方法平均标定操作时间为6.47min,平面定位误差最大值为0.39mm,空间定位误差最大值为0.478mm,缩短了标定操作时间并提高了标定精度。     

智能仿生机器鱼视觉子系统优化设计

在分析已有的仿生机器鱼视觉系统工作原理的基础上,提出了基于红外成像技术的视觉子系统改进设计方法.首先指出了现有的系统在数据处理速度上的不足,然后分析了其中的原因并提出了可能的改进办法,提出若将目标信息改为红外灰度图像将大大提高系统处理的速度,并据此选择红外传感器.在此基础上,给出了基于红外灰度图像的信号处理办法,做出了...     

基于COMS-CPLD的人员行为监控系统设计

针对传统的人员监控系统存在监控距离段短、信号衰减严重导致的人员行为特征识别准确率较低的弊端,设计并实现了一种新的人员行为监控系统。重点阐述了中心控制模块、图像采集模块、GPRS模块和射频模块的硬件设计方法,利用ATM32F103C8T6作为中心控制器处理数据,利用COMS图像传感器进行人员行为图像采集,利用可编程逻辑控制器CPLD对图像传感器进行同步控制,利用GPRS技术进行信息传输、利用射频标签进行监控信息的写入与读取。软件部分给出了整体的设计方案,重点阐述了射频标签的生成和读取部分。实物测试结果表明,该系统能够有效提高人员行为监控时的准确率,取得了令人满意的效果。     

数字相机传感器光谱灵敏度的测量

为了测量数字相机传感器的光谱灵敏度,提出了一种数字图像测量方法。在自然日光下,用被测相机采集一副标准色卡的图像,在对图像进行均匀性和线性校正后,从标准色卡图像各色块的相机响应中计算出光谱灵敏度,并在不同的照明光源下,用成像方法验证数字图像测量方法与传统的单色仪测量方法的结果,比较了两种测量方法的优缺点和精确度。实验结果表明,两种测量方法均能获得较高精度的光谱灵敏度。     

神经形态阻变器件在图像处理中的应用

随着搭载于边缘终端上的图像与视频等数据密集型应用的日益增长,基于传统冯·诺依曼架构的互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)硬件系统正面临着能耗、速度和尺寸等多方面的挑战.神经形态器件包括具有存算一体特性的电学阻变器件和具有感存算一体特性的光电阻变器件,因其具有与生物神经系统的高相似度,及其高能效、高集成度、宽带宽等优势,在图像处理应用方面展现出巨大发展潜力.这类器件不仅能够用于加速传统图像低阶预处理和高阶处理中的大量运算,且能用于实现仿生物视觉系统的高效图像处理算法.本文介绍了最近的电学及光电神经形态阻变器件,并结合图像处理算法综述了神经形态阻变器件在图像处理方面的硬件实施和挑战,并对其发展前景提出了思考.     

基于线阵CCD的图像采集系统设计

介绍了一种快速提取边缘特征信息的图像采集系统设计方法。该方法以C8051f060单片机为控制核心, 结合外围环形硬件电路实现对线阵CCD图像传感器的驱动,采用简单的预处理电路将两路CCD输出信号转变为一路可利用的视频信号,再利用单片机的A/D转换模块对视频信号进行模数转换和串口通信将数字图像数据发送到上位机等待后续处理。该系统电路设计较简单,集成度高,成本低,避免了以往设计方法的不足,通过实验结果表明：该系统具有较好的抗干扰性和稳定性,产生的驱动信号符合CCD工作需求,可以快速、高效完成对含有边缘特征信号的采集并实现高精度测量。     

无参考图像质量评价方法的设计原则

对于无法获得参考图像的图像处理系统,无参考（NR）图像质量评价具有重要意义。讨论了NR图像质量评价的基本问题,介绍了NR图像质量评价方法的基本原理,重点描述了基于块效应、图像模糊和交互神经进化的NR图像质量评价方法的内容。根据现有的NR图像质量方法都存在针对特定的类型而设计的缺陷,应用模糊测度和模糊积分,结合人类视觉系统（HVS）特性,并考虑盲失真度量遵循量化质量定律,提出了一个全面的NR图像质量评价方法的设计原则。     

QuickBird数字遥感图像光谱辐射定标

通过高分辨率的QuickBird数字遥感图像辐射定标的基础工作,包括数字图像的物理属性、数字图像的数学基础及注记、图像数据格式等,利用洪河幅QuickBird数字遥感图像记录的来自地气系统的光谱辐射亮度信息,提出辐射定标的计算方法。运用像元DN值转换为波段积分辐射亮度,然后再计算光谱辐射亮度,该辐射定标后的QuickBird图像体现了各种地物的光谱特征的定量信息,QuickBird图像只有经过定标才能与其他传感器图像定量比较分析,从而使反演图像具有应用价值。其意义是为下一步对所需要的专题信息提取进行的图像融合和增强处理提供重要的基础条件,为遥感图像的反演提供了地物光谱信息,这样把对地物波谱特征的研究与建立遥感应用模型结合起来,从而达到对地物定量分析的目的。     

基于分数阶积分算法的OCT图像去噪研究

散斑存在于光学相干层析成像(OCT)信号中,不可避免地影响OCT图像质量。通过对OCT系统中的噪声源进行分析,提出了一种傅里叶域OCT图像散斑噪声降噪的分数阶积分算法。为了克服单纯主观视觉判别图像质量的局限性,均方误差、峰值信号噪声比和边缘保护系数被选为图像去噪评估标准。通过实验与中值滤波和维纳滤波方法进行比较,结果表明,该算法可以有效地保留OCT图像中的重要边缘细节信息,同时有效消除噪声,使图像细节清晰,提高图像质量。     

基于平面镜成像的单摄像机立体视觉传感器研究

在传统双目立体视觉传感器的基础上,对基于平面镜成像的单摄像机立体视觉传感器进行了研究。在电荷耦合器件(CCD)摄像机前放置一平面反射镜,通过对目标物体和其虚像进行拍摄,得到一幅具有视差的图像,该图像相当于摄像机和其在平面镜中的虚拟摄像机从不同角度对目标物体进行拍摄,具有双目立体视觉的功能。建立了单摄像机立体视觉传感器数学模型,分析了参数对单摄像机立体视觉传感器的视场范围和测量精度的影响,设计了传感器参数尺寸,进行了相关实验验证。实验结果表明,该测量方案方便有效,结构简单,调节方便,尤其适合近距离高精度测量。